طراحی و ساخت حسگر فیبر نوری آزمایشگاهی برای اندازه‌گیری فشار گازها به روش فابری-پرو و بررسی تاثیر جنس پلیمری بر حساسیت آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگر،دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

3 دکترای تخصصی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، طراحی و ساخت حسگر فیبرنوری فابری-‌پرو با لایه‌ای از مواد پلیمری پلی‌یورتان، پی‌وی‌سی ‌نرم و پی‌وی‌سی سخت با ضخامت‌های یکسان 300 میکرومتر و طول‌ کاواک 1/0 میلی‌متر برای اندازه‌گیری فشار گاز معرفی شده و تأثیر این سه ماده پلیمری بر حساسیت حسگری فشار گاز مورد بررسی قرار گرفته است. حسگرهای فوق در دمای ثابت آزمایشگاهی تست شده و با یکدیگر مقایسه شده‌اند. برای انجام تست‌های فشار گاز از دو گاز اکسیژن و نیتروژن در بازه فشاری 10 تا 50 میلی‌بار استفاده شده است. حسگر با لایه پلی‌یورتان برای گاز اکسیژن و نیتروژن به ترتیب دارای حساسیت 438/0 و 392/0 نانومتر بر میلی‌بار، حسگر با لایه پی‌وی‌سی نرم برای گاز اکسیژن و نیتروژن به ترتیب دارای حساسیت 311/0 و 224/0 نانومتر بر میلی‌بار و حسگر با لایه پی‌وی‌سی سخت برای گاز اکسیژن و نیتروژن به ترتیب دارای حساسیت 298/0 و 186/0 نانومتر بر میلی‌بار می‌باشند. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که حسگر ساخته ‌شده با لایه‌نشانی پلی‌یورتان حساسیت بیشتری نسبت به حسگرهای ساخته شده برای هر دو گاز دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Designing and manufacturing of the laboratory optical fiber sensor for detection of the gas pressure by Fabry-Perot method and the investigation of the effect of the polymer material on its sensitivity.

نویسندگان [English]

  • farzad bashiri 1
  • Ali Riahi 2
  • Hamed Moradi 3
1 Researcher, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Master's student, Imam Hossein University, Tehran, Iran
3 Ph.D., Imam Hossein University Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, design and fabrication of Fabry-Perot optical fiber sensors with a coating of polyurethane, Soft PVC and Rigid PVC with the same thickness of 300 μm and a cavity length of 0.1 mm was introduced for the pressure gas and the effect of these three polymeric materials on the sensitivity of gas pressure sensors was investigated. The above sensors have been tested at a constant laboratory temperature and have been compared with each other. To perform gas pressure tests, two gases of oxygen and nitrogen in the pressure range of 10 to 50mbar have been used. The sensitivity of the sensor with the coated polyurethane for oxygen and nitrogen gas is 0.438 and 0.392 nm/bar, respectively, the sensor coated with soft PVC has the sensitivity of 0.311 and 0.224 nm/bar, for oxygen and nitrogen gas respectively, and the sensors with rigid PVC coated for oxygen and nitrogen gas has the sensitivities of 0.298 and 0.186 nm/mm, respectively. The results show that the sensor made with polyurethane coating is more sensitive than the other sensors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Optical Fiber
  • Optical Fiber Sensor
  • Fabry-Perot Sensor
  • Gas Pressure
  • Polymeric Materials

Smiley face

مراجع

  1. Udd. Eric, William B. Spillman Jr, et al. "Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists, " John Wiley & Sons, 2011.
  2. Rasouli, et al. "Design and Simulation of a Novel Surface Plasmon Based Bio-Nanosensor for Detection of DNA Hybridization," Journal of Passive Defence Science and T 11. 275-278, 2020.
  3. Riahi, et al. " Simulation and Fabrication of Tapered Fiber Optics Hydrogen Sensor,"Journal of Applied Electromagnetic 6. 15-21 in persian, 2018.
  4. Riahi, et al. "Investigation of the effect of the taper geometry on the sensitivity of tapered-fibre gas sensors," Journal of Modern Optics 67.14 . 1259-1266, 2020.
  5. Rajen, "Optical Fiber Sensors,"CRC Press1, 8-15, 2015.
  6. Grattan, and B. Meggitt Wolfoeis, "Optical Fiber Sensor Technology," Springer Press 1, 120-130, 2000.
  7. Gong, K. Chen, X. Zhou, and Z. Zhao, "High sensitivity Fabry-Perot interferometric acoustic sensor for low frequency acoustic pressure detection," Journal of Lightwave Technology 35(24), 5276-5279, 2017.
  8. Khalilzadeh et al. "Experimental study of diaphragm thickness effect on the sensitivity of the gas pressure sensor based on Fabry-Perot optical fiber‌," Scientific Journal of Applied Electromagnetics 10.1 2022.
  9. Xu, X. Wang, and A. Wang, " Miniature all-silica fiber optic pressure and acoustic sensor, " Optics Letters 37(2), 3269–3271, 2005.
  10. G Z. Xiao et all. " Fiber optic Fabry Perot gas pressure sensors embedded in pressure fitting, "Microwave and optical Technology Letters, 42(6), 486–489, 2004.
  11. Moradi, et al. "Fiber optic Fabry–Pérot acoustic sensor using PVC and GO diaphragms, " OSA Continuum, 3.4: 943-951, 2020.
  12. Zhang et all, ''High sensitivity gas pressure sensor based on fiber tip PVC diaphragm Fabry Perot interferometer,'' Journal of lightwave technology, 35(18), 4067-4071, 2017.
  13. Y. Wang, Q. X. Yu, "Polymer diaphragm based sensitive fiber optic Fabry–Perot acoustic sensor, " Chin. Opt. Lett. 8, 266–269, 2010.
  14. Ma, H. Xuan, H. Ho, and W. Jin, " Fiber-optic Fabry-perot acustic sensor with Multilayer Graphene diaphragm, " IEEE Photonics Technology Letters 25(10), 932-935, 2013.
  15. Pang, H. Bae, A. Gupta, k. Bryden , M. Yu "MEMS Fabry–Pérot sensor interrogated by optical system-on-a-chip for simultaneous pressure and temperature sensing, " Opt. Express 21, 21829–21839, 2013.
  16. Zhang, P. Lu, W. Ni, W. Xiong, J. Zhang, "Gold-diaphragm based Fabry–Perot ultrasonic sensor for partial discharge detection and localization, " IEEE Photonics J. 15, 4256–4167, 2020.
  17. Xu, et al. "Fiber-optic acoustic pressure sensor based on large-area nanolayer silver diaphragm," Opt. Lett. 39, 2838–2840, 2014.
  18. Hyungdae, et al. "Hybrid miniature Fabry–Perot sensor with dual optical cavities for simultaneous pressure and temperature measurements," Journal of Lightwave Technology 32.8 . 1585-1593, 2014.
  19. Jonghyun, et al. "Fiber optic Fabry–Perot pressure sensor based on lensed fiber and polymeric diaphragm," Sensors and Actuators A: Physical 225 . 25-32, 2015
  20. Shiuh-Chuan, Sh. Zhong Weng, "Fiber Bragg Grating Pressure Sensor Integrated with Epoxy Diaphragm," Sensors 21.9 . 3199, 2021.
  21. Fabry, A. Perot, "Theorie et applications d'une nouvelle methode de spectroscopie interferentielle, " Ann. Chim. ser. 16, 115-144, 1899.
  22. Muzalifah Mohd, et al. "A new diaphragm material for optical fibre Fabry-Perot pressure sensor," 2009 Fifth International Conference on mems of nano, and Smart Systems. IEEE, 2009.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 27
شماره پیاپی 27، پاییز و زمستان
مهر 1402
صفحه 119-125

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 10 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش: 01 مهر 1402
  • تاریخ انتشار: 16 آبان 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار